JP2016158488A - Vehicle comprising charging system for battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特許請求項1に記載の、バッテリ用の充電システムを含む車両、および請求項8に記載の充電システムに関する。
The present invention relates to a vehicle including a battery charging system according to
充電システムは、従来技術、例えば、(特許文献1)から公知である。公知のシステムでは、車両のバッテリは、電力供給システム端末から、すなわち、AC電圧によって充電される。 The charging system is known from the prior art, for example (Patent Document 1). In the known system, the vehicle battery is charged from the power supply system terminal, ie by the AC voltage.
本発明の目的は、バッテリを充電する場合の適応性を強化した充電システムを含む車両を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle including a charging system with enhanced adaptability when charging a battery.
本発明の目的は、特許請求項1および特許請求項8を用いて達成される。
The object of the invention is achieved by means of
さらなる実施形態は、従属請求項に明示される。 Further embodiments are specified in the dependent claims.
説明する車両および充電システムのそれぞれ1つの利点は、バッテリが外部AC電圧か、または外部DC電圧のいずれかで充電できることである。このために、2つの端子が設けられ、AC電圧またはDC電圧は、車両のバッテリを充電するために、これらの2つの端子を介して、車両の車載電気供給システムに接続することができる。 One advantage of each of the described vehicles and charging systems is that the battery can be charged with either an external AC voltage or an external DC voltage. For this purpose, two terminals are provided, and an AC voltage or a DC voltage can be connected to the vehicle's in-vehicle electrical supply system via these two terminals to charge the vehicle's battery.
一実施形態では、切換ユニットが設けられ、外部DC電圧、すなわち第2の端子は、必要に応じて、この切換ユニットを用いて、コンバータに、または直接バッテリに接続することができる。提案される問題解決策は機能性を強化し、そのため、外部電圧源の電圧が車両のバッテリの電圧に対応していないとしても、様々な外部電圧源、特に、DC電圧源を使用して、コンバータを介してバッテリを充電することができる。 In one embodiment, a switching unit is provided and the external DC voltage, ie the second terminal, can be connected to the converter or directly to the battery using this switching unit as required. The proposed problem solution enhances functionality, so that even if the voltage of the external voltage source does not correspond to the voltage of the vehicle battery, it uses various external voltage sources, especially DC voltage sources, The battery can be charged via the converter.
バッテリ用の充電システムは、AC電圧用の第1の電気端子を含み、第1の端子は、充電システムに接続される。さらに、充電システムは、DC電圧用の第2の電気端子を含む。充電システムはコンバータを含み、コンバータは、バッテリを充電するために、第1の端子のAC電圧をDC電圧に変換するように設計され、また、コンバータは、第2の端子からコンバータに送られた、ある大きさのDC電圧を大きさに関して変換して、その変換したDC電圧をバッテリに送るように設計される。さらに、コンバータは、電気モータを駆動するために、バッテリのDC電圧をAC電圧に変換するように設計される。 The charging system for the battery includes a first electrical terminal for AC voltage, and the first terminal is connected to the charging system. Further, the charging system includes a second electrical terminal for DC voltage. The charging system includes a converter, the converter is designed to convert the AC voltage at the first terminal to a DC voltage to charge the battery, and the converter is sent from the second terminal to the converter. It is designed to convert a magnitude DC voltage with respect to magnitude and send the converted DC voltage to the battery. Furthermore, the converter is designed to convert the DC voltage of the battery to an AC voltage in order to drive the electric motor.
一実施形態では、コンバータは、DC電圧コンバータおよびインバータを含み、インバータが双方向に動作するように設計された場合に、DC電圧コンバータは双方向に動作するように設計される。 In one embodiment, the converter includes a DC voltage converter and an inverter, where the DC voltage converter is designed to operate bidirectionally when the inverter is designed to operate bidirectionally.
さらなる実施形態では、電気モータは、3つのコイルを有する3つの相を含み、コンバータは、2つの部分コンバータを含み、2つの部分コンバータは並列に接続され、それぞれバッテリのプラスおよびマイナス供給線に接続され、第1の部分コンバータは、3つのコイルのそれぞれの入力部に接続され、第2の部分コンバータは、コイルのそれぞれの出力部に接続され、第2の端子の電線は、3つのコイルの1つに接続される。 In a further embodiment, the electric motor includes three phases with three coils, the converter includes two partial converters, the two partial converters connected in parallel and connected to the battery positive and negative supply lines, respectively. The first partial converter is connected to the respective input portions of the three coils, the second partial converter is connected to the respective output portions of the coils, and the electric wire of the second terminal is connected to the three coil portions. Connected to one.
一実施形態では、各コイルは、第1および第2の部分コイルに細分され、コイルの部分コイル間に中央タップが設けられ、第2の端子の電線は、少なくとも1つの中央タップに接続される。 In one embodiment, each coil is subdivided into first and second partial coils, a central tap is provided between the partial coils of the coil, and the electric wire of the second terminal is connected to at least one central tap. .
一実施形態では、第2の端子の電線は各コイルに接続される。 In one embodiment, the second terminal wire is connected to each coil.
一実施形態では、第2の端子は、切換ユニットに接続され、切換ユニットは、第1の接続線を介してコンバータに接続され、切換ユニットは、第2の接続線を介してバッテリ端子に接続され、切換ユニットは、第2の端子の電圧に応じて、第1の接続線を介してコンバータか、または第2の接続線を介してバッテリ端子かのいずれかに第2の端子を接続するように設計される。 In one embodiment, the second terminal is connected to the switching unit, the switching unit is connected to the converter via the first connection line, and the switching unit is connected to the battery terminal via the second connection line. The switching unit connects the second terminal to either the converter via the first connection line or the battery terminal via the second connection line according to the voltage of the second terminal. Designed as such.
一実施形態では、コンバータは、それぞれが2つのスイッチを含む3つの分岐を含み、これらの分岐は、供給線間に接続される。 In one embodiment, the converter includes three branches, each including two switches, which are connected between supply lines.
図を参照して本発明が説明される。 The present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、例えば、オートバイ、または自動車、またはトラックの形態で具現化される車両1を示している。車両1は、車両1のバッテリ3を充電するための充電システム2を含む。バッテリ3は、高電圧バッテリとして具現化することができ、例えば、最大で400V、または800Vまでの範囲の、またはそれを超える電圧を供給することができる。利用できる外部電圧源に応じて、バッテリを充電するために、電圧の変換が必要であったり、または必要でなかったりする。外部DC電圧源は、例えば、110Vまたは230Vまたは400Vを供給することができる。したがって、車両のバッテリを充電できるようにするために、外部DC電圧源の電圧をより高い電圧に変圧することが必要なことがある。外部電圧源からバッテリ3を充電するために、外部AC電圧源に接続するための第1の端子4が設けられている。さらに、第2の端子5が設けられており、バッテリ3は、外部DC電圧源を用いて、第2の端子5を介して充電することができる。1つの単純な実施形態では、第2の端子は、バッテリに直接に、またはバッテリ3の端子線61、62に接続されるか、あるいは対応するスイッチを介して接続可能である。
FIG. 1 shows a
さらに、電子回路8が設けられており、この電子回路8は、電線42を介してバッテリ3の端子線61、62に、すなわち、バッテリ3の電極に接続されている。さらに、回路8は、さらなる電線37を介して、電気モータ9のコイルに接続されている。回路8は、第1の制御線43を介して、充電管理システム40に接続されている。さらに、充電管理システム40は、第2の測定線44を介して電気モータ9に接続されている。さらに、充電管理システム40は、第3の測定線45を介して、第2のセンサユニット55に接続されている。さらに、センサ装置55は、第1の端子線51および/または第2の端子線52に接続されている。さらに、充電管理システム40は、第2の制御線46を介して切換ユニット7に接続されている。第2の端子5は、切換ユニット7に接続された第1の端子線51および第2の端子線52を有する。さらに、バッテリ3の電極11、12の端子線61、62は、切換ユニット7に接続されている。さらに、第1の接続線53および/または第2の接続線54は、電気モータ9から切換ユニット7に接続されている。
Further, an
充電管理システム40は、切換ユニット7の切換位置を制御する。切換ユニット7の第1の切換位置では、第2の端子5の端子線51、52は、第2の端子5を介してバッテリを充電するために、バッテリ3の端子線61、62に直接接続される。センサユニット55は、バッテリ3を充電するのに適切な電圧が、第2の端子5に存在するかどうかを検出する。例として、バッテリ3は、400〜800Vの定格電圧を有することができる。第1の端子線51および第2の端子線52のDC電圧が、少なくとも、バッテリ3の定格電圧の大きさを有する場合に、充電が要求されると、充電管理システム40は、第1の端子線51および第2の端子線52が、バッテリ3の端子線61、62に接続されるように切換ユニット7を動作させる。バッテリ3の充電電圧は、充電管理システム40により、例えば、端子線61、62に接続された、1つのさらなる測定線41を介して検出することができる。充電が要求された場合、第1の端子線51および第2の端子線52は、充電管理システム40が、切換ユニット7を対応して動作させることにより、バッテリ3の端子線61、62に直接接続される。バッテリ3が十分に充電されたと、充電管理システム40が認識した場合、充電は終了し、第1の端子線51および/または第2の端子線52は、バッテリ3の端子線61、62から切断される。
The
さらに、第2の端子5の接続線51、52に存在するが、電圧が低すぎるために、バッテリを充電するのに適切でない電圧は、切換ユニット7を対応する切換位置にすることより、第1の接続線53および第2の接続線54を介して、電気モータ9に、特に、モータ9のコイルに送ることができる。低いDC電圧は、モータ9からさらなる電線37を介して回路8に送られる。コンバータとして具現化された回路8では、過度に低い電圧はより高い電圧に変圧されて、バッテリ3の電極11、12に送られる。
Furthermore, a voltage which is present in the
第1の端子4は、さらなる接続線56、57、58を介して、電気モータ9に、特に、モータ9のコイルに接続されている。選択される実施形態によっては、第1の端子4は、AC電圧フィルタ59を経由して、電子回路8に接続することができる。第1の端子4は、電気モータ9を経由して、電子回路8に接続されている。さらに、充電管理システム40は、バッテリ3を充電するのに適切なAC電圧が、第1の端子4のさらなる接続線56、57、58を通って、モータ9に存在するかどうかを第2の測定線44を用いて検出することができる。バッテリを充電するのに適したAC電圧が、さらなる接続線56に、ひいては、さらなる電線37にも存在すると、充電管理システム40が認識した場合、充電管理システム40は、バッテリ3の充電が電線42を介して実施可能であるように、AC電圧を整流し、整流したDC電圧をその大きさに関して適合させるような方法で、制御線43を介して回路8を動作させる。
The
電子回路8はコンバータを含み、コンバータは、バッテリを充電するために、第2の端子5からコンバータに送られた、ある大きさのDC電圧を大きさに関して変換し、その変換したDC電圧をバッテリに送るように設計される。さらに、コンバータは、バッテリを充電するために、第1の端子4のAC電圧をDC電圧に変換するように設計することができる。さらに、コンバータは、電気モータ9を駆動するために、バッテリ3のDC電圧をAC電圧に変換するように設計される。
The
電気モータ9は、例えば、車両のホイールを駆動する駆動モータとして具現化することができる。ただし、車両は、ハイブリッド車両として具現化することもできて、モータは、車両を部分的にのみ駆動したり、または一時的に駆動したりするようにも設計される。しかし、電気モータ9は、車両のさらなるユニット用の補助モータとして設けることもできる。電気モータ9は、バッテリ3から電子回路8を介して電流を供給される。
The
図2は、充電システム2の一実施形態の細部の図を示し、バッテリ3は2つの電極11、12を有し、これらの電極11、12は、それぞれ第1のスイッチ13および第2のスイッチ14を介してバッテリ線61、62に接続することができる。第1のバッテリ線61は、バッテリ3のプラス電極11に接続され、さらに、電子回路8の第1の供給線63に接続されている。第2のバッテリ線62は、バッテリ3のマイナス電極12に接続され、電子回路8の第2の供給線64に接続されている。
FIG. 2 shows a detailed view of one embodiment of the charging system 2, where the
さらに、第2の切換ユニット70が設けられ、第2の切換ユニット70は、第1のさらなる電線65を含む。第1のさらなる電線65は、第1の供給線63に接続されている。さらに、第2のさらなる電線66が、第2の切換ユニット70から第2の供給線64に接続されている。第1のさらなる電線65は、第1のさらなるスイッチ15を介して、第2の端子5の第1の端子線51に接続可能である。さらに、第2のさらなる電線66は、第2のさらなるスイッチ16を介して、第2の端子5の第2の端子線52に接続可能である。さらに、第2の切換ユニット70は、コンデンサ19を介して、第2のさらなる電線66を第3のさらなる電線67に接続することができる第3のさらなるスイッチ17を含む。さらに、第4のさらなるスイッチ18が、第2の切換ユニット70に設けられ、第1の端子線51と第3のさらなる電線67との間を導電接続することができる。
Furthermore, a
モータ9は、単に概略的に示されており、この図解は、3つのコイルを含むモータ9の3つの相を示している。図示した実施形態では、コイルは、それぞれ2つの直列に接続された部分コイル81、82、83、84、85、86の形態で具現化されている。中央タップ91、92、93は、それぞれ2つのコイル間に設けられている。
The
電子回路8は、第1の部分コンバータ21および第2の部分コンバータ22を含むコンバータを構成している。第1の部分コンバータ21の入力部は、第1の供給線63および第2の供給線64に接続されている。第1の部分コンバータ21は、3つの出力部31、32、33を有し、この3つの出力部31、32、33は、それぞれモータ9の第1の部分コイル81、第2の部分コイル82、または第3の部分コイル83に接続されている。第1の部分コイル81は、第4の部分コイル84と直列に接続されている。第2の部分コイル82は、第5の部分コイル85と直列に接続されている。第3の部分コイル83は、第6の部分コイル86と直列に接続されている。第1および第4の部分コイル、第2および第5の部分コイル、ならびに第3および第6の部分コイルは、それぞれ電気モータ9のコイルを構成している。第1の中央タップ91は、第1の部分コイル81と第4の部分コイル84との間に設けられている。第2の中央タップ92は、第2の部分コイル82と第5の部分コイル85との間に設けられている。第3の中央タップ93は、第3の部分コイル83と第6の部分コイル86との間に設けられている。
The
第2の部分コンバータ22の入力部は、同様に、第1の供給線63および第2の供給線64に接続されている。第4の部分コイル84は、第2の部分コンバータ22のさらなる第1の出力部34に接続されている。第5の部分コイル85は、第2の部分コンバータ22のさらなる第2の出力部35に接続されている。第6の部分コイル86は、第2の部分コンバータ22のさらなる第3の出力部36に接続されている。さらに、第1の端子4は、フィルタ59および切断切換ユニット60を経由し、さらなる接続線56を介して、第1の中央タップ91に接続されている。さらに、第1の端子4のさらなる接続線57は、フィルタ59および切断切換ユニット60を経由して、第2の中央タップ92に接続されている。さらに、第1の端子4のさらなる接続線58は、フィルタ59および切断切換ユニット60を経由して、第3の中央タップ93に接続されている。切断切換ユニット60は、さらなる接続線56、57、58をモータ9のコイルから切断するのを可能にする。
Similarly, the input part of the second
第1の部分コンバータ21および第2の部分コンバータ22は、3つのコイルを用いて、電気モータ9を駆動するために、バッテリ3のDC電圧をAC電圧に変換するように具現化される。さらに、部分コンバータ21、22は、さらなる接続線56、57、58を介して、中央タップ91、92、93に印加されたAC電圧を、対応する電圧レベルを有するDC電圧に変換して、第1の供給線63および第2の供給線64を介してバッテリ3を充電するために使用される。
The first
さらに、第2の切換ユニット70の第3のさらなる電線67は、第1の中央タップ91に接続されている。使用される実施形態によっては、特に、必要とされる電力によっては、第2の切換ユニット70を、第1の中央タップ91に加えて、第2の中央タップ92および/または第3の中央タップ93にも接続するために、1つを超える第3のさらなる電線67を設けることも可能である。しかし、1つを超える第3のさらなる電線67が設けられた場合、さらなる接続線56、57、58を電気的に分離するために、図2に破線を使用して示すように、各第3のさらなる電線67にロッキングダイオード(locking diode)94が配置されなければならない。ただ1つの第3のさらなる電線67が使用される場合、ロッキングダイオード94は必要でない。
Furthermore, the third further
図2の構成は、複数の切換状態を有することができる。バッテリを充電するのに十分に高いDC電圧が、第2の端子5に存在する第1の切換状態では、第1の端子線51および第2の端子線52は、第1のさらなるスイッチ15および第2のさらなるスイッチ16、ならびに第1のさらなる電線65および第2のさらなる電線66を介して、それぞれ第1のバッテリ線61および第2のバッテリ線62に接続され、バッテリ3はこうして充電される。第2の端子5の電圧は、センサユニット55を用いて検出され、充電管理システム40に送られる。充電管理システム40は、制御線を介して、第2の切換ユニット70および第2の切換ユニット70のスイッチに接続されている。充電管理システム40は、相応して、第1のさらなるスイッチ15、第2のさらなるスイッチ16、および第1のスイッチ13または第2のスイッチ14を閉位置に切り換える。さらに、第3のさらなるスイッチ17および第4のさらなるスイッチ18は、開位置に切り換えられるか、または開位置に保持される。さらに、第1のスイッチ13および第2のスイッチ14は、閉位置に切り換えられるか、または閉位置に保持される。
The configuration of FIG. 2 can have a plurality of switching states. In a first switching state where a DC voltage high enough to charge the battery is present at the
第2の端子5にDC電圧は存在するが、そのDC電圧は、バッテリ3の定格電圧よりも低い電圧であると、充電管理システム40が認識した場合、充電管理システム40は、第2のさらなるスイッチ16、第3のさらなるスイッチ17、および第4のさらなるスイッチ18を閉位置に切り換える。その結果、マイナス電圧またはグランドが、第2の端子線52を介してバッテリ3の第2の電極12に印加される。さらに、第2の端子5のプラス電圧が、第3のさらなる電線67を介して第1の中央タップ91に印加される。さらに、充電管理システム40は、コンバータ8に接続されている。充電管理システム40は、この切換位置で、第2の端子5のDC電圧が、バッテリ3の必要とされるさらに高い定格電圧まで上昇し、第1の供給線63を介して、バッテリ3のプラス電極11に送られるようにコンバータ8を動作させる。したがって、モータ9を駆動するために設けられたコンバータ8は、DC電圧コンバータとして、バッテリ3を充電するために使用される。選択される実施形態によっては、コンバータ8は、部分コンバータ21、22とは独立して、バッテリ3と部分コンバータ21、22との間に配置され、バッテリとコンバータとの間でのDC電圧の調節を行うDC電圧コンバータを有することができる。
When the
さらなるセンサユニット23が、第1の端子4に設けられ、バッテリ3を充電するのに適したAC電圧が第1の端子4に存在するかどうかを検出する。さらなるセンサユニット23は、充電管理システム40に接続されている。対応するAC電圧が、第1の端子4に存在すると充電管理システム40が認識した場合、第1のさらなるスイッチ15、第2のさらなるスイッチ16、第3のさらなるスイッチ17、および第4のさらなるスイッチ18は、充電管理システム40によって、開位置に切り換えられるか、または開位置に保持される。さらに、第1のスイッチ13および第2のスイッチ14は、閉位置に切り換えられる。さらに、コンバータ8は、充電管理システム40により、第1の端子4のAC電圧が整流され、バッテリを充電するのに必要とされる電圧レベルまで上昇するように動作する。対応する高い電圧レベルを有する整流電圧は、バッテリ3を充電するために、第1の供給線63および第2の供給線64を介して、バッテリ3の電極11、12に印加される。
A
選択される実施形態によっては、第1のスイッチ13および第2のスイッチ14をなくすこともでき、バッテリ3の第1の電極11は、第1のバッテリ線61に常時接続したままとすることができ、バッテリ3の第2の電極12は、第2のバッテリ線62に常時接続したままとすることができる。
Depending on the embodiment selected, the
AC電圧が第1の端子4に存在する場合に、コンバータ8をこのように使用して、バッテリ3を充電することができる。この場合に、充電は、例えば、230〜400Vまたはそれを超える電圧を有する3相電圧システムによって行われる。
The
モータ9を動作させるために設けられたコンバータ8を使用して、バッテリ3を充電できるようにするために、バッテリ3の充電中に、モータ9にトルクが発生するのを防止する対策が講じられる。このために、電気モータ9のコイルは、それぞれ、第1の部分コイル81および第4の部分コイル84、第2の部分コイル82および第5の部分コイル85、第3の部分コイル83および第6の部分コイル86に分割され、2つの部分コイルごとに直列に接続される。第1の部分コイル81、第2の部分コイル82、および第3の部分コイル83は、第1の部分コンバータ21のAC電圧部分に接続されている。第4の部分コイル84、第5の部分コイル85、および第6の部分コイル86は、第2の部分コンバータ22のAC電圧部分に接続されている。部分コンバータ21、22のDC電圧部分は、バッテリ3が接続された第1の供給線63および第2の供給線64に接続されている。第1の部分コンバータ21および第2の部分コンバータ22は同期式に制御される。
In order to be able to charge the
電気モータ9を駆動するために、2つの部分コンバータ21、22は、各モータ相に対してプッシュプルの態様で動作して、それぞれ直列に接続された部分コイル対の電流は同じ方向に流れる。その結果、対応するトルクでモータ9を駆動する回転磁界が発生する。
In order to drive the
充電動作時、部分コンバータ21、22は、各コイルでプッシュプルの態様で動作することができ、第1の部分コイル81内および第4の部分コイル84内の電流、ならびにそれぞれ第2の部分コイル82内および第5の部分コイル85の電流、ならびにそれぞれ第3の部分コイル83内および第6の部分コイル86内の電流は異なる方向に流れる。電流の方向が異なることで、それぞれの部分コイルが発生させる回転磁界が補償されるので、モータトルクは発生しない。
During the charging operation, the
充電電圧が第2の端子5に存在するが、前記充電電圧は、バッテリ3の望ましい電圧未満である第2の充電状況では、第1の部分コンバータ21および第2の部分コンバータ22は、第3のさらなる電線67を介して第1の中央タップ91に送られた第2の端子5のDC電圧を、第1の部分コイル81および第4の部分コイル84、ならびに第1の部分コンバータ21および第2の部分コンバータ22によって、対応するより高い電圧に変換するように動作し、このより高い電圧は、第1の供給線63および第1のバッテリ線61を介して、バッテリ3のプラス電極11に送られる。
In a second charging situation where a charging voltage is present at the
示した例示的な実施形態では、各部分コンバータ21、22は、3つの並列に配置された分岐71、72、73を含み、2つのスイッチ74、75は、各分岐71、72、73で直列に接続されている。分岐71、72、73の両端は、それぞれ第1の供給線63および第2の供給線64に接続されている。トランジスタとして具現化されるスイッチ74、75は、例えば、充電管理システム40により、必要な整流器機能および/または電圧コンバータ機能、および/またはインバータ機能を果たすように動作する。選択される実施形態によっては、コンバータはまた、他の電気および電子部品を含むことができ、これにより、何らかの他の方法で具現化することができる。
In the exemplary embodiment shown, each
1 車両
2 充電システム
3 バッテリ
4 第1の端子
5 第2の端子
7 切換ユニット
8 コンバータ
9 電気モータ
21 第1の部分コンバータ
22 第2の部分コンバータ
40 充電管理システム
51 第1の端子線
61 第1のバッテリ線
62 第2のバッテリ線
63 第1の供給線
64 第2の供給線
65 第1のさらなる電線
66 第2のさらなる電線
67 第3のさらなる電線
70 第2の切換ユニット
71 分岐
72 分岐
73 分岐
74 スイッチ
75 スイッチ
81 第1の部分コイル
82 第2の部分コイル
83 第3の部分コイル
84 第4の部分コイル
85 第5の部分コイル
86 第6の部分コイル
91 第1の中央タップ
92 第2の中央タップ
93 第3の中央タップ
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